DE19506412A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere von solchem Wasser, das Verun­ reinigungen in Form gelöster und in Form Kolloiddisper­ ser und feinstsuspendierter Schwebstoffe enthält.

Es ist bekannt (Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 24, S. 188-195), derartige Schwebstoffe durch Zusatz von Flockungsmitteln ggf. unter Zusatz weiterer Flockungshilfsmittel in eine ab­ setz- oder filtrierbare Form überzuführen und danach in an sich bekannter Weise mechanisch zu entfernen.

Als Flockungsmittel werden Eisen(III)-Salze, Aluminium- Salze, insbesondere polymeres Aluminiumhydroxychlorid, ggf. in Verbindung mit basischen oder neutralen Calci­ um-Salzen eingesetzt und führen zu einer guten Agglome­ ration.

In vielen Fällen wird es aber gewünscht, auch die gelö­ sten Verunreinigungen in höherem Ausmaß abzutrennen.

Zwar sind die Eisen- und/oder Aluminiumhydroxidflocken in der Lage, einige spezielle Schwermetallionen und auch Elemente der 5. Hauptgruppe des Periodensystems aus dem Wasser durch Copräzipitation zu inkorporieren; das gilt aber nur sehr eingeschränkt für organische Verbindungen wie z. B. Kohlenwasserstoffe.

Diese und die Mehrzahl der Schwermetalle müssen dann durch nachgeschaltete Reinigungsvorrichtungen wie bei­ spielsweise mit Aktivkohlefiltern, die teuer in der Anschaffung und kostenintensiv in der Unterhaltung sind, entfernt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues, wirt­ schaftliches Verfahren zur Wasseraufbereitung bereitzu­ stellen, das neben einer guten Flockungswirkung eine gleichzeitige Entfernung auch gelöster Schadstoffe er­ möglicht, so daß in vielen Fällen eine Nachbehandlung des erfindungsgemäß aufbereiteten Wassers entfallen kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren ge­ mäß der Ansprüche 1-5.

Es wurde gefunden, daß sich in Wasser gelöste Humin­ stoffe hervorragend als Flockungsmittel eignen. Schon bei geringen Mengen an Schwebstoffen erfolgt eine ra­ sche Flockenbildung, die ggf. durch leichte Verschie­ bung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers noch verstärkt werden kann.

Die Flocken haben ein hohes Bindevermögen für Schweb­ stoffe und gelöste Schadstoffe. Organische Schadstoffe werden adsorptiv gebunden, Metallionen durch eine Art Komplexverbindung festgehalten.

Einsetzbare Huminstofflösungen sind alkalische oder neutrale Lösungen von Huminsäuren; vorwiegend von sol­ chen mit einem Molekulargewicht oberhalb 10.000.

Beispiele sind entweder alkalische Extrakte von natür­ liche Huminsäuren enthaltenden Produkten wie Braunkoh­ le, Farberde oder Moorschlamm oder alkalische Lösungen synthetischer Huminstoffe, die durch Oxidation mehrwer­ tiger phenolischer Verbindungen in alkalischem Medium erhalten werden.

Diese Huminstofflösungen, die im allgemeinen Humin­ stoffgehalte von 5-50 Gew.-% haben, können ohne weitere Zusatzstoffe als Flockungsmittel eingesetzt werden. Die Menge der einzusetzenden Huminstoffe ist abhängig vom Verschmutzungsgrad des Wassers. Einerseits sollen alle Schadstoffe entfernt werden, andererseits aber keine Flockungsmittel im Überschuß eingesetzt werden. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Huminaten ist dies einfach zu steuern, da sie intensiv braune Lösungen darstellen. Diese Lösungen werden so dosiert, daß das behandelte Wasser gerade noch klar und farblos ist.

Bevorzugt aber wird eine Flockungsmittelkombination aus Alkalihuminat mit Eisen(III)-Salzen und/oder Erdalkali­ und/oder Aluminiumsalzen angewendet. Zur Einstellung der optimalen Flockungseigenschaften können zusätzlich leicht bis stark basische Erdalkaliverbindungen zudo­ siert werden, wodurch auch eine pH-Wert-Beeinflussung des Wassers möglich wird.

Zur Flockenagglomeration kann es von Fall zu Fall vor­ teilhaft sein, in bekannter Weise organische Polyelek­ trolyte wie z. B. Polyacrylate zuzusetzen.

Vorzugsweise werden Flockmittelkombinationen einge­ setzt, die Huminstoff und Calcium und/oder Eisen als Flockenbestandteile ergeben.

Durch die kombinierte Huminstoff-Metallhydroxid-Floc­ kung bzw. Huminstoff-Calciumionen-Flockung lassen sich überraschend Reinigungsleistungen erreichen, die weder durch eine Metallhydroxidflockung allein noch durch eine Huminstoffflockung für sich allein erreicht werden kann.

Vorzugsweise wird die Flockung so durchgeführt, daß ein pH-Wert zwischen 7,5 und 5,5 resultiert. Das gilt so­ wohl für die Schwermetallabscheidung als auch die Ab­ scheidung von organischen Stoffen und Partikeln.

Die erfindungsgemäße Flockenbildung und Flockenagglome­ ration kann mit den an und für sich bekannten Verfah­ renskomponenten durchgeführt werden. Im ersten Schritt werden die Flockungsmittel vorzugsweise als wäßrige Lösungen in das verunreinigte Wasser dosiert. Dabei ist zu beachten, daß die jeweils miteinander reagierenden Komponenten separat in das zu reinigende Wasser dosiert werden müssen.

Huminatlösung ist stets separat zuzugeben. Carbonat­ freie Calciumsalze können mit sauren Eisensalzen und/oder sauren Aluminiumsalzen gemischt zugegeben wer­ den. Aluminatsalze und Erdalkalikarbonate bzw. -hydr­ ogencarbonate oder Kalkmilch werden ebenfalls separat dosiert. Viele Wässer sind aus vorausgegangenen Reini­ gungsstufen oder aufgrund natürlicher Zusammensetzung bereits erdalkalihaltig, so daß sich eine weitere Zuga­ be dieser Salze erübrigt.

Die in den gemeinsam oder aufgetrennt geführten Rohwas­ serstrom dosierten Flockungsmittel werden gut in diesem verteilt und schließlich werden die zunächst getrennt oder gemeinsam geführten Rohwasserströme intensiv - vorzugsweise durch Rühren - miteinander gemischt. Die dabei ausflockenden huminstoffhaltigen Flocken können nun in bekannter Weise von der Wasserphase abgetrennt werden.

Eine Möglichkeit ist die schwerkraftbedingte Sedimenta­ tion, Flockensedimentrennung, Flockensedimentfiltration bis hin zu stichfestem Filterkuchen. Eine andere Mög­ lichkeit ist die Sandfiltration der Flocken. Letztere Möglichkeit ist dann vorteilhaft, wenn die Flockenkon­ zentration im Wasserstrom gering ist und eine lange Nachreaktion der Flocken mit der Wasserphase gewünscht ist. Diese Sandfiltration kann z. B. diskontinuierlich mit Spülintervallen oder kontinuierlich z. B. nach dem Dyna-Filtrationsprinzip vorgenommen werden. Die Flocken in den Spülwässern der Sandfiltration können zunächst ebenfalls durch Sedimentation/Filtration zu einem Fil­ terkuchen mit entsprechendem Wassergehalt verdichtet werden.

Durch die Zugabe der Polyelektrolytlösungen bei der Flockenbildung bzw. vor der Sedimentation läßt sich die Sedimentation und Filtration auch hier verbessern. Im einen oder anderen Fall kann zur Verbesserung der Ab­ scheidung organischer Komponenten oder dispergierter Öle auch zusätzlich Ruß oder Aktivkohlepulver zugesetzt werden.

Die Weiterverarbeitung der huminstoff- und ggf. metall­ haltigen vorzugsweise breiartigen bis stichfesten Schlämme als Abfälle zur Verwertung kann vorteilhaft durch pyrolytische Umwandlung in sog. kohlenstoff- und z. B. schwermetallhaltige Formstoffe vorgenommen werden, wie in der deutschen Patentanmeldung P 44 00 153.3 vom 05.01.1994 beschrieben wird. Diese Formstoffe können einerseits als rohstoffhaltige Energieträger metallur­ gisch verarbeitet werden oder aufgrund ihrer sonstigen Eigenschaften z. B. zur Wasserreinigung verwendet wer­ den.

Beispiele für Verunreinigungen, die nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren zur Wasserreinigung herausgefil­ tert werden können, sind die schweren Elemente der 5. Hauptgruppe des Periodensystems und die Elemente der 3. Hauptgruppe des Periodensystems sofern sie als Oxo­ bzw. Hydroxo-Ionen vorliegen, die schweren Elemente der 6. Hauptgruppe des Periodensystems, sofern sie als zweiwertige reduzierte Ionen vorliegen, schwermetall­ haltige Ionen, Erdalkali- Ionen, suspendierte oder ge­ löste Kohlenwasserstoffe, Teeröl- und mineralölstammige organische Komponenten, schwere Halogenkohlenwasser­ stoffe, Kolloide wie Huminsäuren, Partikel.

Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, daß die hu­ minstoffhaltigen Flocken des erfindungsgemäßen Verfah­ rens auch redox-katalytisch wirken. So beschleunigen sie im sauerstoffhaltigen Wasser die Oxidation von Was­ serinhaltsstoffen wie Eisen-II- und
Mangan-II-Verbindungen in die drei- bzw. vierwertigen unlöslichen Hydroxoverbindungen.

Damit eignet sich das Verfahren generell für die Rei­ nigung von Grund- und Trinkwässern, Abwässern aus den Kommunen und Betrieben speziell aus der chemischen In­ dustrie.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser durch Floc­ kung, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungen von Huminstoffen als Flockungsmittel oder Coflockungs­ mittel eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Huminstoffe Alkalihuminate eingesetzt wer­ den.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Huminstoffe gemeinsam mit Eisen- und/oder Erdalkali- und/oder Aluminiumsal­ zen eingesetzt werden, wobei die Zugabe der ein­ zelnen Komponenten zum Wasser getrennt erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flocken vom Wasser nach dem Se­ dimentationsprinzip abgetrennt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flocken vom Wasser nach dem Sandfiltrationsprinzip kontinuierlich oder diskon­ tinuierlich abgetrennt werden.